测试土压平衡盾构渣土改良防喷涌试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及土压平衡盾构隧道工程技术领域。更具体地说，本实用新型涉及测试土压平衡盾构渣土改良防喷涌试验装置。


背景技术：

2.在高水头压力作用下，采用土压平衡盾构进行掘进过程中，当遇到强透水地层时由于水压及地下水的作用，极易引发盾构机喷涌现象，特别高发于粉细砂、中粗砂地层、砾石、卵石、断裂带岩层等地层，由于没有足够多的黏土物质，地下水与进入密封仓内的固体物质不能揉合成一体，在密封仓内就形成“水是水，渣是渣”的状态，严重影响施工进度，甚至出现上覆地层过大的沉降。
3.目前，国内常用的喷涌处理方法为渣土改良及盾构螺旋机加设防喷涌结构。近些年来，不少学者从盾构螺旋机结构入手，通过设计止浆板或其他特定结构对螺旋机进行优化改进，但考虑到该种方法需对原有的螺旋机结构进行重新设计，耗费的时间、费用等均较大，且一般在掘进前进行螺旋机结构改进，对真正富水砂层防喷涌效果的验证存在滞后性，不确定风险较大。当前，施工现场应对富水砂层防喷涌的措施主要是加入膨润土或高分子聚合物进行渣土稠度、粘度及和易性的改良，判定渣土改良效果主要还是看改良后渣土的坍落度等指标，而针对其动态喷涌效果的模拟及检测指标尚无研究，因此无法验证带压情况下改良剂对渣土改良防喷涌特性的直观评价。
4.因此，本技术设计了一种模拟渣土喷涌的试验装置，用于检测不同改良剂对渣土防喷涌改良效果，以便更好地指导现场进行改良剂品种及配比选择，提高掘进效率及安全性。


技术实现要素：

5.本实用新型的一个目的是提供测试土压平衡盾构渣土改良防喷涌试验装置，可以测试不同压力下不同改良剂对渣土防喷涌的改良效果，为渣土改良防喷涌提供评价指标。
6.为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种测试土压平衡盾构渣土改良防喷涌试验装置，包括：
7.空气压缩机，其连通连接管的一端，所述空气压缩机在其出口设置有出气控制阀；
8.储液罐，其内加入改良剂与渣土的混合液，所述储液罐上部为压缩空气；
9.盖板，其密封设置于所述储液罐的顶部，所述盖板连通所述连接管的另一端与所述储液罐内部，所述连接管在所述盖板处设置有进气控制阀；
10.喷射管，其包括吸液直管和出液管，所述吸液直管的下端位于混合液中，上端连通所述出液管，所述出液管用于控制混合液的喷射方向，所述出液管上设置有出液管控制阀。
11.优选的是，所述空气压缩机出口设置有空气压缩机压力显示表，所述盖板上设置有储液罐压力显示表。
12.优选的是，所述储液罐的盖板上还设置有安全泄压阀。
13.优选的是，所述吸液直管的下端距离所述储液罐底部2～3cm。
14.优选的是，所述盖板与所述储液罐通过多个螺栓密封紧固连接。
15.优选的是，所述盖板中心具有通孔，其通过密封塞密封封堵。
16.优选的是，所述混合液的体积为所述储液罐体积的三分之二。
17.本实用新型至少包括以下有益效果：
18.1、本实用新型使得土压平衡盾构渣土改良防喷涌效果转换为试验可操作性、可评判性的数据参数。
19.2、本实用新型装置便于对改良剂改良地层防喷涌的效果进行直观评价，提供盾构渣土防喷涌改良效果评价指标。
20.本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
21.图1为本实用新型试验装置的整体结构示意图；
22.图2为本实用新型试验装置进行试验的方法。
23.附图标记说明：
24.1、空气压缩机，2、空气压缩机压力显示表，3、出气控制阀，4、连接管，5、进气控制阀，6、储液罐压力显示表，7、密封塞，8、出液管，9、出液管控制阀，10、螺栓，11、安全泄压阀，12、吸液直管，13、储液罐，14、盖板，15、压缩空气，16、混合液，17、塑料量杯。
具体实施方式
25.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
26.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.如图1所示，本实用新型提供一种测试土压平衡盾构渣土改良防喷涌试验装置，包括：
28.空气压缩机1，其连通连接管4的一端，所述空气压缩机1在其出口设置有出气控制阀3；
29.储液罐13，其内加入改良剂与渣土的混合液16，所述储液罐13上部为压缩空气15；
30.盖板14，其密封设置于所述储液罐13的顶部，所述盖板14与所述储液罐13通过多个螺栓10密封紧固连接，所述盖板14连通所述连接管4的另一端与所述储液罐13内部，所述连接管4在所述盖板14处设置有进气控制阀5；所述盖板14中心具有通孔，其通过密封塞7密封封堵；
31.喷射管，其包括吸液直管12和出液管8，所述吸液直管12的下端位于混合液16中，
上端连通所述出液管8，所述出液管8用于控制混合液16的喷射方向，所述出液管8上设置有出液管控制阀9。
32.所述空气压缩机1出口设置有空气压缩机压力显示表2，所述盖板14上设置有储液罐压力显示表6。
33.在上述技术方案中，本测试土压平衡盾构渣土改良防喷涌试验装置，包括小型空气压缩机1(2.5p
‑
18l)，该空气压缩机1最大空气压力可达1.0mpa，空气压缩机1气体出口设置一个空气压缩机压力显示表2，用于检测空气压缩机1内的气体压力，在压力表后增设一个气体出气控制阀3，调整空气压缩机1的出气情况。空气压缩机1出气连接管4连接一储液罐13(体积为3l)，储液罐13内加入2l的改良剂与渣土的混合液16，储液罐13内部上半部分为压缩空气15。储液罐13盖板14上连接三条通道，第一条通道连接空气压缩机1，作为进气通道，靠近储液罐13盖板14则安装一个储液罐压力显示表6，用于显示储液罐13内压缩空气15的压力，压力显示表后接一个进气控制阀5，用于控制储液罐13内的空气压力；第二条通道为一个储液罐13的安全泄压阀11，用于特殊情况下的泄压作用；第三条通道为混合液16的出液通道，储液罐13内连接一吸液直管12，其底部距离储液罐13内底部2～3cm，通道外部连接一出液管控制阀9，用于控制储液罐13内混合液16在压力作用下的出液情况，控制阀外连接一条硬质塑料管，即出液管8，用于控制混合液16的喷射方位，便于后续进行喷射性能指标的判定工作。
34.本技术装置工作原理：关闭空气压缩的出气控制阀3、储液罐13的进气控制阀5及出液管控制阀9，打开小型空气压缩机1储备一定量的压缩空气15以备用，压力值可从空气压缩机压力显示表2读取。配置不同改良效果的改良剂与渣土混合液16，并装入储液罐13中，利用紧固螺栓10紧固储液罐13盖板14，防止漏气。将连接储液罐13的出液管8末端固定于水平支架上。打开空气压缩机1的出气控制阀3与储液罐13的进气控制阀5，待连接储液罐压力显示表6读数为工作所需压力p时，关闭控制压缩机的出气控制阀3与储液罐13的进气控制阀5。最后打开出液管控制阀9，一定时间t后关闭出液管控制阀9，如图2所示，测量不同混合液16的喷射距离δl1、δl2及喷射流量q1、q2等参数指标，其中不同混合液16的喷射平均流速v可以利用喷射流量q进行获取，喷射平均流速v＝q/t，进而评价不同改良剂对渣土防喷涌的改良效果。塑料量杯17用于测量不同改良剂下混合液16喷涌流量。
35.本装置尺寸可以根据工程实际需要进行调整，本装置可以测得不同压力情况下不同改良剂及改良剂比例、不同渣样颗粒级配对渣土防喷涌的改良效果，尤其对于颗粒级配较小的渣样，进而获取更为全面的渣土改良防喷涌效果的评价，同时本实验方法所需的人力较少，试验中1～2人即可完成该项试验工作，同时试验装置简单，制作加工等方便，且装置零部件等获取方便、价格低廉，耗费的费用较少。在富水地层进行土压平衡盾构施工过程时，往往需要对土体进行渣土改良试验，防止螺旋机出现喷涌现象，而利用本装置可以很好地模拟出膨润土或高分子聚合物等改良剂对盾构渣土防喷涌的改良效果，为土压平衡盾构渣土改良防喷涌提供了直观的评价指标。
36.本实施例基于能量守恒原理，即在测试过程中空气压缩机1提供的空气能转化为不同改良效果混合液16的动能，动能主要通过测定不同喷射距离来体现。通过测定在特定压力作用下不同改良效果混合液16的喷射距离差异及测定在特定压力作用下特定时间内不同改良效果混合液16的喷射流量，可换算出混合液16的平均流速，进而评判不同改良剂
对渣土喷涌的改良效果。
37.尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。